[發明專利]一種鋰離子電池系統對流換熱過程的溫度控制策略

在審

• 申請號: 201910441964.2
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN110265745A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 楊世春;華旸;范智偉;周新岸;周思達;閆嘯宇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/625;H01M10/633;G01K13/00;G01K17/06;G01R31/382;G01R31/389
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 周曉娜;李亮印

本發明公開了一種鋰離子電池系統對流換熱過程的溫度控制策略，包括如下步驟：根據能量守恒及電池散熱方程，推導出t時刻溫度T_t的遞推公式；根據鋰離子電池單體二階等效電路模型建立狀態空間方程；在狀態空間方程的基礎上，運用DEKF算法估計若干鋰離子電池單體在t?1時刻的內阻；將得到的內阻帶入遞推公式，得到若干鋰離子電池單體于t時刻溫度T_t，并進行排序，與預設值比較，根據不同比較結果改變對鋰離子電池系統的相應冷卻強度，該策略能夠改善溫度控制遲滯性從而避免鋰離子電池系統對流換熱過程中工作溫度超過正常范圍及過度冷卻。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池系統溫度管理領域，涉及一種控制策略，特別適用于冷卻方式為風冷或液冷的電動汽車的電池的溫度控制，具體地講，涉及一種鋰離子電池系統對流換熱過程的溫度控制策略。

背景技術

近年來，各國對于節能環保越來越重視，電動汽車因其清潔高效的特點逐漸成為替代傳統內燃機汽車的首選，作為電動汽車的動力來源，動力鋰離子電池直接影響著電動汽車的性能和行駛里程。溫度對動力電池的性能，安全性和壽命有重要影響。如果鋰離子電池長時間在高溫環境下工作，不僅電池的充放電效率會大大降低，而且電池壽命也會明顯縮短，嚴重時可能會危及人身安全。與此同時鋰離子電池運行需要適宜的溫度，過度冷卻不僅影響電池的正常運行，還會增加能耗。目前散熱系統主要根據電池表面的溫度傳感器反饋，具有一定的遲滯性。

因此，如何提供一種能夠改善溫度控制遲滯性進而避免鋰離子電池系統工作溫度超過正常范圍時可能影響性能與安全的鋰離子電池系統對流換熱過程的溫度控制策略便成為了本領域技術人員急需解決的技術問題。

發明內容

為了能夠改善溫度控制遲滯性進而避免鋰離子電池系統工作溫度超過正常范圍時可能影響電池性能與安全，本發明提出了一種鋰離子電池系統對流換熱過程的溫度控制策略。

包括如下步驟：

步驟1：根據能量守恒及電池散熱方程，推導出t時刻鋰離子電池系統中若干鋰離子電池單體的溫度T_t的遞推公式，如下：

步驟1.1：鋰離子電池單體的生熱、散熱過程是一個典型的有時變內熱源的非穩態導熱過程，其能量守恒方程為：

式中，m_P為鋰離子電池單體的質量，c_p為鋰離子電池單體的比熱容，T_t為t時刻鋰離子電池單體的溫度，為t時刻鋰離子電池單體生熱功率，為t時刻鋰離子電池單體散熱功率；

步驟1.2：不考慮熱輻射及相變產熱，鋰離子電池單體生熱功率的方程為：

式中，I_t為t時刻鋰離子電池單體工作電流，R_t為t時刻鋰離子電池單體總內阻，為溫度影響系數；

步驟1.3：鋰離子電池單體散熱方式為對流換熱，鋰離子電池單體散熱功率的方程為：

式中，h為鋰離子電池單體與流體換熱系數，A為鋰離子電池單體散熱面積,T_a,t為t時刻的環境溫度；

步驟1.4：聯立公式(1)、公式(2)與公式(3)，用t-1時刻估計t時刻，得到t時刻溫度T_t的遞推公式，如下：

式中，I_t-1為t-1時刻鋰離子電池單體工作電流，R_t-1為t-1時刻鋰離子電池單體總內阻，T_a,t-1為t-1時刻環境溫度；

步驟2：根據鋰離子電池單體二階等效電路模型建立狀態空間方程，如下：